JPH0448735A - 薄膜トランジスタの特性安定化手法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はファクシミリ等において、光信号の取出しのた
めに用いられる固体化された光電変換素子及びスイッチ
ング素子として用いられる薄膜トランジスタとその特性
安定化手法に関する。

〔従来の技術〕

従来の、非晶質シリコンを半導体膜とし、チッ化シリコ
ンを絶縁膜とした、薄膜トランジスタ及び光電変換素子
の特性安定化技術は、特開平１−１４０８０号公報に記
載のように、チツ化シリコンの絶縁膜の半導体層（非晶
質シリコン層）側表面に極めて薄い酸化層を形成するこ
とにより、チツ化シリコンと、非晶質シリコン界面の準
位を低減させたり、非晶質シリコンから、チツ化シリコ
ンへのキャリアの注入を防止しようとするものであった
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、薄膜トランジスタ又は光電変換素子の
製造工程数を減少させ、製造コストを低下させるという
点についての考慮がなされておらず、製造コストが高価
となるという問題があった。

又、上記従来技術は、薄膜トランジスタ、又は、光電変
換素子の製造過程において、何らかの原因により、閾値
電圧が、理想的な値と異なった素子が製造された場合、
この閾値電圧を調整して、素子を正常な状態に戻すこと
について、考慮がなされておらず、−旦、閾値電圧の不
都合な素子が製造された場合、薄膜トランジスタに関し
ては、スイッチング動作を行なえない（第７図）、ある
いは光電変換素子に関しては、光照射時と暗状態での電
流比が取れない（第８図）事となり、これらの素子を含
んだ基板全体を廃棄する事となり、全体のコストが上昇
するという問題があった。

又、上記従来技術は製造された薄膜トランジスタにゲー
ト電圧を繰返し印加して使用した場合、閾値電圧がなお
シフトするという問題があった。

本発明の目的は製造コストの低い薄膜トランジスタ、又
は、光電変換素子を提供する事にある。

本発明の他の目的は、不適当な閾値電圧を持った薄膜ト
ランジスタ、又は、光電変換素子が製造された場合も、
閾値電圧を高速で任意に調整し。

安定化する手法を提供する事にある。

本発明の他の目的は、長時間の使用に耐え得る、安定な
薄膜トランジスタ、又は、光電変換素子と、その特性の
安定化手法を提供する事にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は薄膜トランジスタ
又は光電変換素子を加熱した状態で、閾値電圧を安定化
又は調整するため、各電極間又は遮光層に電圧を印加す
る事にした。

上記他の目的を達成するために１本発明は薄膜トランジ
スタ又は光電変換素子の加熱を、電極部分又は遮光層の
みに照射されるレーザ光を用いて行なう。

上記目的を達成するために、薄膜トランジスタ又は光電
変換素子の加熱を、基板面に垂直ないしはそれに近い方
向に印加された。外部磁場の磁束密度を変動させる事に
より、電極内及び遮光層内に生じるうず電流を用いて行
なう。

上記他の目的を達成するため、本発明は薄膜トランジス
タ２は光電変換素子の特性安定化、又は。

調整のシーケンスを、閾値電圧を測定する時間帯と、閾
値電圧を安定化、又は、調整する時間帯に分けた。

上記他の目的を達成するため１本発明は薄膜トランジス
タ又は光電変換素子を加熱するためのレーザ光又はうず
電流は、薄膜トランジスタ又は光電変換素子の閾値電圧
を測定する時間帯では停止するようにした。

上記他の目的を達成するため、本発明は薄膜トランジス
タ又は光電変換素子の各電極又は遮光膜に印加する電圧
は、レーザ光又はうず電流との時間関係を選択された状
態で印加されるようにした。

上記他の目的を達成するため、本発明は薄膜トランジス
タ２は光電変換素子の各電極又は遮光層に印加する電圧
の大きさ及び印加時間は、薄膜トランジスタ２は光電変
換素子の測定された閾値電圧の値に応じて調整されるよ
うにした。

上記他の目的を達成するため１本発明は薄膜トランジス
タに対しては、ゲート電極とソース電極及びドレイン電
極間に正負の電圧を交互に印加し。

光電変換素子に対しては、遮光膜とその他の二個の電極
間に正負の電圧を交互に印加するようにした。

〔作用〕

薄膜トランジスタ又は光電変換素子の加熱は、キャリア
である電子、又は、正孔の、空間的又はエネルギ準位間
の移動を加速する。そのため、薄膜トランジスタ又は光
電変換素子の閾値電圧の調整を高速で行なうことができ
る。

薄膜トランジスタのゲート電極と、ソース電極及びドレ
イン電極間に正、又は、負の電圧を印加。

例えば、ソース電極、及び、ドレイン電極に対し、ゲー
ト電極に正の電圧を印加すれば、ソース電極及びドレイ
ン電極から、非晶質シリコン膜に注入されたキャリアで
ある電子２３は、更に、絶縁膜であるチツ化シリコン膜
に注入され、そこでトラップ準位２５にトラップされ固
定される。それによって、薄膜トランジスタの閾値電圧
は正の方向へ移動することになる。光電変換素子の場合
も。

遮光層に他の二個の電極に対し正の電圧を印加すれば、
同様の過程を経て、光電変換素子の閾値は正の方向へ移
動することになる。薄膜トランジスタにおいて、逆に、
ソース電極及びドレイン電極に対し、ゲート電極に負の
電圧を印加すれば、ソース電極及びドレイン電極から非
晶質シリコン膜に注入されたキャリアである正孔は、更
に、絶縁膜であるチツ化シリコン膜に注入され、そこで
トラップ準位にトラップされて固定される。それによっ
て、薄膜トランジスタの閾値電圧は負の方向へ移動する
事になる。光電変換素子の場合も、遮光膜に他の二個の
電極に対し負の電圧を印加すれば、同様の過程を経て、
光電変換素子の閾値は負の方向へ移動する事になる。以
上の作用により、薄膜トランジスタ、又は、光電変換素
子の閾値電圧を任意の値に調整することが可能となる（
第６図）。

薄膜トランジスタに対しては、ゲート電極とソース電極
及びドレイン電極間に正負の電圧を交互に印加する事に
より、光電変換素子に対しては。

遮光膜とその他の二個の電極間に正負の電圧を交互に印
加する事により、キャリアである電子及び正孔が、交互
に絶縁膜であるチッ化シリコン膜に注入される。その結
果、絶縁膜中のトラップ準位は、注入されたキャリアに
より埋められ、それ以上のキャリア注入は生じなくなる
。従って、薄膜トランジスタ、又は、光電変換素子の製
造後、この処理を施す事により、閾値電圧の変動を防止
し。

特性の安定な薄膜トランジスタ、又は、光電変換素子を
製造できる。

レーザ光の照射範囲を絞って、薄膜トランジスタに対し
てはゲート電極、ソース電極、ドレイン電極にのみ照射
し、光電変換素子に対しては、遮光膜、その他の二個の
電極にのみ照射する事により、熱伝導により、半導体膜
及び絶縁膜が加熱される。そのため、目的とする薄膜ト
ランジスタ又は光電変換素子のみを加熱し、その特性を
安定化又は調整できる。更に、レーザ光による照射が、
電極と遮光膜部分のみであるため、ノンドープ非晶質シ
リコンの光照射による性能劣化を生じる事無く、特性を
安定化、又は、調整できる。

基板表面に対し、垂直ないしはそれに近い角度で外部磁
場を印加し、その磁束密度を変動させる事により、電極
の金属内部にうず電流を効率良く発生させる事が可能と
なり、熱伝導により半導体膜及び絶縁膜が加熱される。

そのため、目的とする薄膜トランジスタ、又は、光電変
換素子のみを加熱し、その特性を安定化又は調整できる
。更に、磁場を用いた加熱であるため、ノンドープ非晶
質シリコンの光照射による性能劣化が無い。

薄膜トランジスタ、又は、光電変換素子の特性安定化シ
ーケンスにおいて、閾値電圧を測定する時間帯と閾値電
圧を安定化、又は、調整する時間とに分け、レーザ光又
はうず電流による加熱は、閾値電圧を安定化又は調整す
る時間帯にのみ行なう事によって、加熱によって生じる
ノイズに乱される事なく、正確な閾値電圧の測定が可能
となる。

薄膜トランジスタ、又は、光電変換素子の特性安定化又
は調整を行なう時間帯で、薄膜トランジスタの場合には
、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極の間に印加
される電圧、光電変換素子の場合には遮光膜とその他の
二個の電極間に印加される電圧、の大きさと符号ならび
に印加時間が。

閾値電圧を測定する時間帯に測定された閾値電圧と、所
望の閾値電圧の値に応じて、常時変更可能なため、閾値
電圧の安定化と調整が高速で行なえる事になる。

〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図によって説
明する。第１図は本発明の一実施例であり１本発明を実
施するために必要な基本的な構成要素が示されている０
本実施例は透明な絶縁体基板（ガラス等）１上に形成さ
れた薄膜トランジスタに対して本発明を適用した場合を
意図しているが、光電変換素子に対して適用した場合も
、ゲート電極２が遮光膜と名称が変わるのみで、全く同
様に実施可能である。ゲート電極２とソース電極６ａの
間には、ゲート電極引き出し線８（又はプローバー等）
及びリース電極引き出し線９（又はプローバー等）を通
じて、ゲート電圧（Ｖａｓ）印加電源ユニット１３が存
在する。又、ソース電極６ａと、ドレイン電極６ｂの間
には、ソース電極引き出し線９（又はプローバー等）及
びドレイン電極引き出し線１０（又はプローバー等）を
通じて、ソース・ドレイン電流（Ｉ　ｏｓ）測定ユニッ
ト１１と、ドレイン電圧（Ｖｏｓ）印加ユニット１２が
存在している。これらの、ゲート電圧印加ユニット１３
とドレイン電圧印加ユニット１２とソース・ドレイン電
流測定ユニット１１及び、レーザ光源１５は、コントロ
ーラ１６とそれぞれ、信号ライン１７，１８．１９と結
ばれており、時間関係、印加電圧を調整されて作動され
る。

第２図は、この手法の代表的な時間関係をグラフに示し
たものである０図中、ゲート電圧Ｖｃｓ及び、ドレイン
電圧ＶＯＳは、ソース電極の電圧（ソース電圧）を零と
して描いである。ｔｏからｔｌの初期時間帯の後、時間
１．から、閾値電圧を測定するための時間帯が始まる。

この、ｔｌからｔ２の時間帯は、通常の、薄膜トランジ
スタの静特性を測定するシーケンスと全く同様である。

つまり、ゲート電極２には、のこぎり波形のゲート電圧
ＶＧＳを印加し、同時に、ドレイン電極６ｂには一定の
ドレイン電圧Ｖｏｓを印加しつつ、ソース・ドレイン電
流測定ユニット１１によりＩｎｓを測定し、閾値電圧Ｖ
Ｔを決定する。この闇値電圧を測定する時間帯が終了し
たのち１時間ｔａより、閾値電圧を安定化又は調整する
時間帯が始まるわけであるが、時間ｔ２と時間ｔａは一
致してぃても良いのは言うまでもないことである。時間
ｔ３から時間ｔａの間に印加される一定のゲート電圧Ｖ
Ｏ８と、印加時間ｔｔ−ｔａの長さは、閾値電圧を測定
する時間帯に測定された閾値電圧ＶＴと、目標とする閾
値電圧Ｖｔｏの差が大きい程、ＶＣＳの一絶対値を大き
く、又、長時間（ｔａ　　ｔｓを大きく）印加し、差が
小さい場合には絶対値を小さく、短時間印加することに
より、高速度かつ正確に閾値電圧を調整できる。ゲート
電圧Ｖａｓの符号は、ＶＴ　＞ＶＴＯ（７１場合には負
とし、ＶＴ　）Ｖｔｏ（７）場合には正とすれば良い０
時間ｔ８から時間ｔ４の間には、レーザ光源１５より、
加熱のためのレーザ光１４がゲート電極２に照射される
。照射されるレーザ光は、連続発振でなく、パルス状の
レーザ光でも良い、又、レーザ光照射と、熱伝導による
加熱の遅れを考慮して、レーザ光の照射開始時間及び照
射終了時間は、ゲート電圧の印加開始時間及び印加′終
了時間に対し、それぞれ、先行していても良い０以上の
シーケンスを、測定された閾値電圧が、目標とする閾値
電圧の値と、あらかじめ指定された誤差範囲で一致する
まで繰り返す事により、閾値電圧の調整に達成される。

本実施例では、透明な絶縁体基板１上に形成された薄膜
トランジスタ、又は、光電変換素子への適用を意図して
いるが、不透明な絶縁体基板上に形成された薄膜トラン
ジスタ、又は、光電変換素子を対象とした場合は、第１
図中、上方からレーザ光を、ゲート電極２．ソース電極
６ａ、ドレイン電極６ｂに照射して加熱すれば良い。ノ
ンドープ非晶質シリコン膜４へのレーザ光照射による、
特性劣化を防止する必要がある場合には、ソース電極６
ａ、ドレイン電極６ｂにのみレーザ光を照射しても良い
。

第３図は本発明の他の実施例であり１本発明を実施する
ために必要な基本的な構成要素が示されている。この実
施例は、薄膜トランジスタ又は光電変換素子の加熱を、
磁場発生源２１ａ、２１ｂにより生じさせた変動する磁
場２２ａ、２２ｂによるうず電流を用いる点が異なり、
他は同じである０本実施例によれば、基板材料が透明で
あるか不透明であるかによらず、薄膜トランジスタ又は
光電変換素子の加熱が可能である。印加する外部磁場２
２ａ、２２ｂは、基板表面に対し垂直でなくとも良いが
、うず電流の発生効率からいえば、垂直ないしはそれに
近い角度が良い。

第４図はこの手法の代表的な時間関係をグラフに示した
ものであるにの実施例において第２図と異なるのは、外
部磁場の磁束密度の変化のみであるため、詳細な説明は
省く。なお、外部磁場の磁束密度の変化の時間的周期及
び変化の波形は所要の加熱能力に合わせて選択する事が
可能である。

第５図は、本発明の手法を用いて、薄膜トランジスタ、
又は、光電変換素子の閾値電圧を安定化させた場合の実
施例を示している０図中、ｖｔは、閾値電圧の初期値を
示し、Ｖｔａは所望の閾値電圧を示す。第２図又は第４
図の時間ｔｏから時間ｔｉまでを−サイクルと呼ぶ事に
すれば、第５図中で、時間ｔｏｏからｔｌｌ、時間ｔｘ
１からｔｔｚ、時間ｔｌｚからｔ　ｔａ、時間ｔｚａか
らｔ１番の中には、それぞれ、三回のサイクルが繰り返
されている。この、繰り返し回数が任意に選択できる事
は熱論である。又、この時、第２図又は第４図中の時間
ｔδからｔ４の間に印加される。一定のゲート電圧Ｖａ
ｓは、時間ｔｉｏからｔｌｌの間では負、時間ｔｘｔか
らｔｘｚの間では正、時間ｔｘｚからｔｓｓの間では負
、時間ｔｚａからｔｉ４の間では正であり、かつ、ゲー
ト電圧ＶａＳの絶対値は等しい。本実施例で示したよう
に、本発明を用いれば、ゲート電極。

又は、遮光膜に、交互に正負の電圧を印加する事により
、閾値電圧を所望の値へ容易に調整し、その値で安定化
させる事が可能である。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように構成されているので以下に
記載される様な効果を奏する６薄膜トランジスタ、又は
、光電変換素子の加熱をレーザ光の照射又は、外部磁場
の変動によらず電流で行なうため、特性を劣化させる事
なく、閾値電圧を、任意の値に調整し、安定化する事が
できる。また、薄膜トランジスタ又は光電変換素子を加
熱した状態で、各電極間に電圧を印加するため、高速で
、閾値電圧を任意の値に調整又は安定化できる。さらに
、特性安定化又は調整のシーケンスを、閾値電圧を測定
する時間帯と調整又は安定化する時間帯に分けたため正
確な値に調整又は安定化できる。さらに、レーザ光又は
うず電流が、閾値電圧を測定する時間帯では停止する様
にしたため、高精度な閾値電圧の調整又は安定化を、効
率良く行なう事ができる。さらに、薄膜トランジスタ、
又は、光電変換素子の各電極又は遮光膜に印加する電圧
を、レーザ光、又はうず電流との時間関係を選択された
状態で印加されるようになっているため、閾値電圧の調
整、又は、安定化が高精度に実行できる。さらに、薄膜
トランジスタ又は光電変換素子の各電極又は遮光膜へ印
加する電圧の印加時間が、測定された閾値電圧の値に応
じて調整されるため、高精度、かつ、高速で閾値電圧の
調整又は安定化が実行できる。さらに、薄膜トランジス
タの場合は、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極
間に、光電変換素子の場合には、遮光膜とゲート電極及
びドレイン電極間に、正負の電圧を交互に印加する事に
より、閾値電圧を安定化する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例のブロック図、第２図は
本発明の第一の実施例における時間シーケンスの各ステ
ップにおける代表的なグラフ、第３図は本発明の第二の
実施例のブロック図、第４図は本発明の第二の実施例に
おける時間シーケンスの各ステップにおける代表的なグ
ラフ、第５図は本発明の実施例による、薄膜トランジス
タの閾値安定化を示すグラフ、第６図は閾値電圧調整の
原理を示す特性図、第７図は薄膜トランジスタの静特性
が閾値の変動により受ける影響を示す特性図、第８図は
光電変換素子の光照射状態及び暗状態の静特性が閾値の
変動により受ける影響を示す特性図である。 １・・基板、２・・・ゲート電極又は遮光膜、４・・・
ノンドープ非晶質シリコン、５・・・ｎ中型非晶質シリ
コン、１４・・・レーザ光、１６・・・コントローラ、
２２・・・外部磁場、２４・・・トラップ準位にトラッ
プされた電子、２６・・・望ましい静特性、２７・・・
閾値が負に変動した場合の静特性、２８・・・閾値が正
に変動した場合の静特性、２９・・・望ましくは暗状態
での静特性、３０・・・望ましくは光照射状態での静特
性。 ３１・・・閾値が負に変動した場合の暗状態での静特性
、３２・・・閾値が負に変動した場合の光照射状態ネ 図 襠 ヱ 竿７図 第８１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁体基板上にゲート電極を形成し、ゲート絶縁膜
   を形成し、ノンドープ非晶質シリコン膜を形成し、ｎ型
   不純物を高濃度ドーピングしたｎ＾＋型非晶質シリコン
   膜を形成し、ソース電極及びドレイン電極を形成した薄
   膜トランジスタにおいて、 前記薄膜トランジスタを加熱した状態で、前記ゲート電
   極と前記ソース電極及び前記ドレイン電極間に正又は負
   の電圧を印加し、前記薄膜トランジスタの閾値電圧を、
   任意の値に変動させ、安定化させる、薄膜トランジスタ
   の特性安定化手法。 ２、請求項１において、前記薄膜トランジスタ素子の特
   性安定化手法を施した薄膜トランジスタ。 ３、請求項１において、前記薄膜トランジスタの加熱を
   、前記ゲート電極及び前記ソース電極及び前記ドレイン
   電極の電極のみに、又はこれらの電極のうち、一個乃至
   二個の電極のみに対して、レーザ光を照射することによ
   つて行なう薄膜トランジスタの特性安定化手法。 ４、請求項１において、前記薄膜トランジスタの加熱を
   、前記薄膜トランジスタが形成されている基板の表面に
   対し垂直ないしはそれに近い角度である方向に印加した
   、外部磁場の磁束密度を変動させることによつて生じる
   、電極内部のうず電流のジュール加熱により行なう薄膜
   トランジスタの特性安定化手法。 ５、請求項１において、前記薄膜トランジスタの閾値電
   圧を測定する時間帯と、前記薄膜トランジスタの閾値電
   圧を安定化又は調整する時間帯を設けた薄膜トランジス
   タの特性安定化手法。 ６、請求項１において、前記薄膜トランジスタの閾値電
   圧を測定する時間帯には、レーザ光、又は、うず電流に
   よる加熱を停止し、前記薄膜トランジスタの閾値電圧を
   安定化又は調整する時間帯に、レーザ光又はうず電流に
   よる加熱を行なう薄膜トランジスタの特性安定化手法。 ７、請求項１において、前記ソース電極及び前記ドレイ
   ン電極と、前記ゲート電極間に、正負の電圧を交互に印
   加する薄膜トランジスタの特性安定化手法。 ８、請求項１において、前記ゲート電極及び前記ソース
   電極、及び前記ドレイン電極に印加される電圧は、前記
   レーザ光又は、うず電流との時間関係を選択された状態
   で印加される薄膜トランジスタの特性安定化手法。 ９、請求項１において、前記ゲート電極及び前記ソース
   電極及び前記ドレイン電極に印加される電圧の大きさ及
   び印加時間は、前記薄膜トランジスタの閾値電圧を測定
   する時間帯に測定された閾値電圧の値に応じて調整され
   ている薄膜トランジスタの特性安定化手法。 １０、絶縁体基板上に遮光層の役割を果たす金属膜を形
   成し、絶縁膜を形成し、ノンドープ非晶質シリコン膜を
   形成し、ｎ型不純物を高濃度ドーピングしたｎ＾＋型非
   晶質シリコン膜を形成し、少なくとも二個の電極を形成
   した光電変換素子において、 前記光電変換素子を加熱した状態で、その遮光層金属膜
   と、少なくとも二個の電極間に、正又は負の電圧を印加
   し、光電変換素子の特性を安定化させる手法。 １１、請求項１０において、前記光電変換素子の特性安
   定化手法を施した光電変換素子。 １２、請求項１０において、前記光電変換素子の加熱を
   、遮光層及びその他二個の電極のみに、又はこれらの遮
   光層と二個の電極のうち、一個乃至二個の遮光層のみ又
   は電極のみに対して、レーザ光を照射する事によつて行
   なう光電変換素子の特性安定化手法。 １３、請求項１０において、前記光電変換素子の加熱を
   、前記光電変換素子が形成されている基板表面に対し垂
   直ないしはそれに近い角度である方向に印加した、外部
   磁場の磁束密度を変動させる事によつて生じる、遮光層
   及び電極内部のうず電流のジュール加熱により行なう光
   電変換素子の特性安定化手法。 １４、請求項１０において、前記光電変換素子の閾値電
   圧を測定する時間帯と、前記光電変換素子の閾値電圧を
   安定化又は調整する時間帯を設けた光電変換素子の特性
   安定化手法。 １５、請求項１０において、前記光電変換素子の閾値電
   圧を測定する時間帯においては、レーザ光又はうず電流
   による加熱を停止し、前記光電変換素子の閾値電圧を安
   定化又は調整する時間帯では、レーザ光又はうず電流に
   よる加熱を行なう光電変換素子の特性安定化手法。 １６、請求項１０において、前記遮光膜とその他の二個
   の電極間に正負の電圧を交互に印加する光電変換素子の
   特性安定化手法。 １７、請求項１０において、各電極に印加される電圧は
   、前記レーザ光又はうず電流との時間関係を選択された
   状態で印加される光電変換素子の特性安定化手法。 １８、請求項１０において、各電極に印加される電圧の
   大きさ及び印加時間は、光電変換素子の閾値電圧を測定
   する時間帯に測定された閾値電圧の値に応じて調整され
   ている光電変換素子の特性安定化手法。 １９、請求項１または１０に記載の前記薄膜トランジス
   タ及び前記光電変換素子の特性安定化を行なわしめるた
   めの特性安定化装置。 ２０、請求項１または１０に記載の前記薄膜トランジス
   タ及び前記光電変換素子の特性安定化を施す事によつて
   、前記素子の絶縁膜中の欠陥準位にキャリアを注入し、
   欠陥準位密度を減少させた機能素子。